近期，清華大學深圳國際研究生院和燕山大學的研究者共同提出了一種基于晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控的鈮鎢氧化物（WNbO）的儲鋰行為的理論。相對于石墨材料來說，WNbO負極材料擁有更好的擴散動力學性能和更高的儲鋰能力，能在很大程度上彌補現(xiàn)有鋰離子電池不足的。
自首次發(fā)現(xiàn)石墨/鈷酸鋰插層材料作為鋰離子電池電極以來，鋰離子二次電池已商業(yè)化超過30年。目前，最先進的鋰電池仍在使用插層材料，其相較于合金類和轉(zhuǎn)化類材料來說具有更小的體積應變力和更長的循環(huán)壽命等特點，不過仍避免不了鋰離子在石墨中的擴散動力學緩慢的問題，因而限制了鋰電池在快充領(lǐng)域的發(fā)展和應用。
為了解決現(xiàn)有鋰電池的不足，尋找高性能負極材料成為關(guān)鍵。鈮基氧化物如鈮鎢氧化物因在大倍率、循環(huán)性能等方面有著不俗的表現(xiàn)，而深受儲能研究者的喜愛。在晶體學領(lǐng)域，晶體結(jié)構(gòu)的通道尺寸會直接影響鋰離子的輸運，進而導致電池容量、電壓區(qū)間和循環(huán)壽命等發(fā)生顯著波動。
為了闡明鈮基氧化物的晶體結(jié)構(gòu)、隧道尺寸與電化學性能之間的關(guān)聯(lián)性，研究者選取了WNb2O8（四邊形），W3Nb14O44（四邊形）和W10.3Nb6.7O47（五邊形）三種具有代表性的不同隧道開口的鎢鈮氧化物為原型，系統(tǒng)地研究了晶體結(jié)構(gòu)在鈮鎢氧化物中對鋰離子輸運的作用。
研究表明，W10.3Nb6.7O47具有較大的五邊形隧道，表現(xiàn)出最佳的倍率性能，這與本身較低的鋰離子插層勢壘和二維鋰離子傳輸通道有關(guān)。W3Nb14O44具有Wadsley-Roth相，其比容量和鋰離子存儲能力最高，因其獨特的開放式晶體構(gòu)造提供豐富的嵌鋰點位。
該研究成果為未來基于鈮基氧化物開發(fā)的快充型高安全性電極材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供指導，助力快充技術(shù)領(lǐng)域的應用。
